合肥微尺度物质科学国家实验室（筹）Bio-X交叉科学研究部生物光学实验室叶树集副教授与美国密歇根大学化学系陈战教授研究组合作，以丙甲甘肽为模型物质，成功利用最近发展的非线性和频光谱技术原位实时地观察了离子通道蛋白质在生物膜上的通道开放过程中的分子结构与取向变化，从分子水平上理解了离子通道蛋白质通道开放与关闭机理。研究结果发表于化学研究领域国际著名期刊J.Am.Chem.Soc. 2012, DOI: 10.1021/ja2110784。
　　细胞膜上的蛋白质结构在实现细胞生物功能过程中起着决定性作用。与离子传输相关的离子通道蛋白质的基因变异和功能障碍与许多疾病例如帕金森、糖尿病以及某些癌症等的发生和发展有关。理解生物细胞膜上蛋白质的结构演变行为是理解帕金森、糖尿病等疾病的发生和发展机理的关键。细胞膜作为一个具有一定流动性的复杂体系，厚度只有几个纳米。研究如此小空间范围内的蛋白质分子结构需要有创新的研究理念以及先进的表面或界面探测技术。
　　二十年前发展的和频振动光谱技术(Sum Frequency Generation Vibrational Spectroscopy)是一种原位实时地、在分子水平上研究表面或界面物理化学现象与过程的为数极少的有效方法，是一种可以在常压条件下进行操作的表面表征手段。利用和频振动光谱，该小组首先研究没有外加电场条件下丙甲甘肽在生物膜的结构(Ye, et al, J.Phys.Chem. B 2010, 114, 3334-3340)，发现丙甲甘肽在流动相的膜上采用α-螺旋和3₁₀-螺旋结构，α-螺旋部分以63^o 的倾斜取向角度插入DMPC/DMPC磷脂双层膜中，但只能躺在凝胶相磷脂双层膜表面并形成聚集态。在此研究基础上，通过改变细胞仿生膜电位差，利用和频振动光谱，结合衰减全反射富丽叶红外技术，首次在分子水平上观察到丙甲甘肽在生物仿生膜上形成离子通道前后的分子结构变化(Fig.1)，理解了离子通道开放与关闭机理。该成果有可能为治疗与离子通道蛋白质相关的疾病提供理论依据，为设计和制备具有新型生理功能的多肽、蛋白质、生物药物等提供理论指导。 　　该文章的通讯作者为叶树集副教授和陈战教授，第一作者为叶树集副教授，生物光学实验室的博士研究生李红春和魏锋参与了这项研究。该工作得到国家自然科学基金、科技部、以及科大青年创新基金等项目资助，得到了罗毅教授的鼎力支持和帮助。
　　叶树集副教授作为率先在国内利用和频光谱技术研究界面蛋白质分子结构的研究者，发展了具有特色的表面与界面蛋白质结构表征手段，在EKSPLA和频光谱系统上发展了兼容多阶非线性光谱测量系统，首次在皮秒激光系统上获得红外光-红外光-可见光三光和频的四波混频振动谱(Ye, S.J.; Wei, F. Analyst 2011, 136,2489-2494)，该技术的发展为全方位、更准确细致的研究提供了可能。此外，该组与化学物理系刘光明副教授合作从实验上证实了带电荷表面的三阶非线性响应对二阶的和频光谱的贡献可以忽略(Ye, S.J.; Liu, G.M.; et al.; Langmuir 2012, 28, 1374-1380)。